节能环保型航空地毯的开发研制

汤华荣，赵 杰，崔子民(， )

近十年来，国内地毯行业的生产得到了迅猛的发展，商用、民用地毯保持着不断发展壮大的趋势，而飞机、邮轮、火车用产业地毯也同时随着世界经济的全球化而开始蓬勃发展起来，其中飞机用航空地毯作为产业地毯中的高端产品，因其具有很高的技术含量及使用要求，使大多数地毯生产企业望而却步。但航空业在近几年的飞速发展，使航空地毯的需求量每年呈成倍增长趋势。因此开发适合飞机使用要求的高端航空地毯是地毯行业的重大课题。我们针对目前航空地毯发展的迫切需求，开发了符合民航安全要求，超轻阻燃、节能环保型的航空地毯。

1 产品类型的设计

现有众多地毯品种中，以簇绒地毯与机织地毯为主。簇绒地毯结构不稳定，背胶用量较多，且一次与二次底布主要为涤纶及丙纶材质，阻燃性能较差；机织地毯中阿克明斯特地毯与双层威尔顿地毯，为全开绒产品，容易落毛，且产品绒高高，底背厚，经、纬纱用量高，地毯总重量较重；机织单面威尔顿地毯毯形稳定，结构有多种编织方式，其中的圈绒结构，不易形成落毛、掉绒等问题，且能生产2.5～5 mm的低绒高产品，绒纱及经纬纱单耗量低，毯背平整，用胶量消耗低，同时地毯重量可以通过改变编织结构、绒纱细度等方法进行控制。因此单面威尔顿地毯相比其他类型的地毯更适合用作超轻航空地毯。

2 原辅材料选用及纺纱工艺设计

2.1 绒纱

2.1.1原料选用及配比

(1)羊毛：选用100%新西兰羊毛。羊毛纤维相比其他地毯纤维具有许多优点，如无脱毛现象，光泽柔和，弹性、蓬松性优良，保暖性极好，耐污防尘等性能，特别是其特殊的分子结构中含有天然的阻燃基团，而使其成为所有纤维材料中阻燃性能最好的材料。羊毛指标见表1。

表1 羊毛指标

(2)绒纱配比：新西兰羊毛T128-4/697.7% ；美国首诺抗静电纤维2.3% 。

2.1.2纺纱

(1)纱线工艺参数设计：纱线细度153.4 tex×2,单纱捻度180 T/m,合股捻度110 T/m,捻向Z/S。

(2)纺纱工艺流程：采用半精梳纺纱工艺，其主要工艺流程为：B261和毛机→B272梳毛机→B306针梳机→B423针梳机→B432针梳机→B442针梳机→B465粗纱机→B552细纱机→络筒→并线→合股加捻→摇纱。

(3)纱线质量指标见表2。

表2 纱线指标

(4)控制要点：

前纺：严格控制梳毛与针梳工序的回潮率，保持在56%～65%之间，减少纱线毛羽，使纱线的条干均匀，以利于织造，保证地毯绒面的光、洁、亮。

后纺：在络筒与加捻工序之间加入一道并线工序，主要控制三根单纱的稳定性，通过并线使合股的三根单纱保持平行、顺直，张力大小均匀一致，防止出现松紧纱、弓纱、多股、缺股等纱疵。

2.2 经纱

选用100%涤纶阻燃经线，细度为34.4 tex×3，强力≥30 N。

2.3 纬纱

选用阻燃PP丝，规格为278 tex,断裂强度≥0.3 N/dtex.

3 染色

3.1 染料的选用

选用瑞士HUNTSMAN公司的兰纳洒脱染料，该类型染料性质稳定，色牢度优良，能确保纱线色牢度达到4级以上。

3.2 染色工艺

3.2.1工艺流程

洗线→染色→脱水→烘干→包装

3.2.2工艺曲线图(见图1)

图1 染色升温曲线图

3.3 技术要点

3.3.1阻燃剂及助剂化料方法

柠檬酸、阻燃剂A、阻燃剂B为固体，加入染缸之前必须用35～40℃温水化匀，注意柠檬酸要缓慢加入。

3.3.2阻燃剂处理工艺

按染线升温曲线标准来确定选用曲线，当染色工艺曲线运行到98 ℃保温15 min时，开始依次加入柠檬酸、阻燃剂A、阻燃剂B、最后加入甲酸，且每种助剂加入时间间隔10 min，全部加完后再保温50 min。

3.3.3返洗工艺

纱线染完后进行返洗，用50 ℃清水，洗15 min。

4 织造

采用比利时MICHEL VAN DE WIELE公司生产的单面威尔顿织机进行生产。

4.1 织造工艺流程

4.2 织造工艺参数及技术要点

上机经密316根/m，纬密620根/m，幅宽4.04 m；下机经密320根/m，纬密640根/m，幅宽4.01m；坯毯重量1453 g/m2，其中绒纱重量996 g/m2，经纱重量252 g/m2，纬纱重量205 g/m2。

技术要点：使用进口2.5 mm起绒杆替代原3～4 mm起绒杆，适当调整绒纱张力，使绒高达到3 mm，绒高较常规航空地毯减少0.5 mm，重量降低50 g/m2左右，由于纱线优越的蓬松性，绒面仍能保持良好的丰满耐用度。

5 后整理

5.1 背胶目的

在地毯背面涂一层航空乳胶，起到固定毯形，增加绒头拔取力的作用，同时达到阻燃要求。

5.2 胶液配方的研制

5.2.1粉煤灰的研究应用

从20世纪70年代始，随着世界性能源危机、环境污染以及矿物资源的枯竭，大大激发了对粉煤灰的研究和开发，多次召开的国际性粉煤灰会议，使粉煤灰的研究工作日趋深入。随着应用领域的不断拓展，应用技术也不断更新，粉煤灰成为国际市场上引人注目的资源，成为价格低廉、兴利除害的新兴建材原料和化工产品原料，备受青睐。

(1)粉煤灰替代碳酸钙的优点：航空地毯背胶重量占地毯重量的20%以上，而其中的主体填充物成分，除AI(OH)3外，大都使用碳酸钙CaCO3,其占背胶重量的20%左右，用量很大，主要通过开山取石获得。粉煤灰相对碳酸钙具有密度小、重量轻的特点，粉煤灰比重在1.0左右，而碳酸钙比重在2.0左右，因此采用粉煤灰作为背胶填充物可以减轻上胶重量，降低地毯的平方米重量，一方面减轻飞机负荷达到节省能源的目的，另一方面解决电力生产环境污染，变废为宝。

(2)粉煤灰的技术指标：使用精选GradeⅠ级标准，要求：细度≤12%，需水量比≤95%，烧矢量比≤5%，含水率≤1%，三氧化硫≤3%。

(3)胶乳的研制：与国外著名的化工公司合作，成功研发出能与粉煤灰相匹配的新型胶乳——Everest 200 。

5.2.2背胶工艺配方

经反复试验，研制的背胶能够满足阻燃、拔取力、稳定性等要求，背胶配方见表3。

表3 胶液配方

5.3 上胶工艺

5.3.1工艺参数

①上胶量：湿重430 g/m2，干重228 g/m2；②胶液粘度550～650cp；③机速≤1.5 m/min，胶辊转速7～8 rpm；④刮刀角度30±5度；⑤烘筒蒸汽压力0.30±0.02 Mpa；⑥烘箱温度：120±10℃；⑦上胶机张力：喂入张力980±98 N，中间张力1715±98 N，后段张力1323±98 N。

5.3.2控制要点

兑胶：先加入Everest 200胶、水与阻染剂，充分搅拌；再加入碳黑，充分搅拌约2 h；然后缓慢加入AI(OH)3、粉煤灰，使其分散均匀；最后搅拌30 min至1 h以上，直至均匀无颗粒。

预湿：地毯进入胶辊之前，打开预湿蒸汽，适当控制蒸汽量不易，使胶液渗透均匀，提高绒头拔取力。注意胶量不宜太大，容易造成透胶。

上胶量：控制好机速与胶辊转速，控制上胶量在410～440 g/m2(湿重)之间，防止胶量过多。

6 成品

6.1 物理机械性能

各项性能指标均能满足中国民用航空局发布的航空地毯MH/T6060-2010标准要求，其中地毯单位面积总重量1681 g/m2，较常规同类航空地毯重量减少172 g/m2，成为航空地毯中的超轻型地毯。

6.2 阻燃性能

6.2.1可燃性

地毯的可燃性能符合航空地毯标准要求，指标见表4。

表4 可燃性指标

6.2.2烟密度和毒性气体的释放

地毯在2.5 W/cm3的有焰燃烧模式下进行试验，地毯烟密度和毒性气体的释放指标见表5。

表5 烟密度和毒性气体的释放指标

7 结论

7.1原料采用优质纯新西兰羊毛，半精梳纺纱工艺，使纱线丰满而富有弹性及蓬松度，通过绒高及在机密度的适当调整，每平方米地毯绒重降低50 g，且能保证地毯绒面整体的丰满程度，降低地毯重量，按目前年产50万平方米的生产能力，年可节约毛纱约25 t，节约资金约125万元。

7.2染色过程中掌握好阻燃剂及助剂的化料方法及处理工艺，加入染缸之前必须用35～40℃温水化匀，缓慢加入，且当染色工艺曲线运行到98度保温15 min，开始依次加入柠檬酸、阻燃剂A、阻燃剂B、最后加入甲酸，且每种助剂加入时间间隔10分钟，全部加完后再保温50 min。

7.3利用粉煤灰相对碳酸钙密度小，重量轻的特点替代碳酸钙作为后处理的主要材料，每平方米地毯重量减轻172 g。 根据相关资料估算，飞机每飞行1 h，其负载的每公斤物品就需要消耗约0.2 kg燃油，2009年我国民航旅客运输量23051.65万人，按250人/架次，则全年飞行次数为922066次，若每平方米地毯重量减轻172 g，每架飞机铺设80平方米地毯，飞机每次飞行1 h，则全年可节约燃油0.172×0.2×922066×80=2537 t，节约航空燃油费约5000多万元，若推广到油轮、火车等其他产业地毯，经济效益将非常客观。

7.4按公司目前的生产能力，每年消耗粉煤灰近35 t，变废为宝，减轻电力生产对环境造成的污染；同时粉煤灰替代碳酸钙后，减少碳酸钙的使用，能够有效保护生态环境，节约对矿物资源能源的开发利用，达到节能环保的目的。

7.5新型胶乳Everest 200性质稳定，能与粉煤灰充分混合、乳化，满足航空地毯背胶的要求。